Uji Wadah Kaca: Pengendalian Mutu Bahan Pengemas

Saat menyimpan makanan, minuman, atau produk farmasi, wadah kaca adalah pilihan populer karena kejernihannya, kelembaman bahan kimianya, dan keamanannya secara keseluruhan. Anda mungkin menghargai kaca karena daya tarik estetisnya atau bagaimana kaca menjaga integritas isinya tanpa menimbulkan rasa atau bahan kimia berbahaya. Namun, ini bukan hanya soal penampilan atau rasa; kualitas dan daya tahan wadah kaca sangat penting, terutama bila digunakan untuk menyimpan produk farmasi. Di sinilah pengujian khusus untuk wadah kaca dilakukan, memastikan bahwa setiap toples, botol, atau vial memenuhi standar yang ketat sebelum sampai ke tangan Anda.

Pengujian wadah kaca melibatkan serangkaian prosedur untuk menilai kesesuaian dan ketahanannya terhadap tekanan yang akan dihadapi selama masa pakainya. Artikel ini akan membahas berbagai pengujian yang biasa dilakukan pada wadah kaca pada berbagai tahapan.

Jenis dan Kegunaan Wadah Kaca

Wadah kaca tersedia dalam berbagai bentuk, termasuk botol dan toples, semuanya dirancang dengan mempertimbangkan kegunaan tertentu. Pilihan Anda mungkin berkisar dari botol kecil untuk obat-obatan hingga botol air besar. 

Ada beberapa jenis kaca yang digunakan untuk kemasan, yang memiliki sifat dan kegunaan berbeda. Jenis utamanya adalah:

• Kaca borosilikat tipe I: Memiliki ketahanan panas yang tinggi dan daya tahan kimia. Digunakan untuk kemasan farmasi dan peralatan gelas laboratorium.
• Kaca soda-kapur yang diolah tipe II: Kaca tipe II diolah dengan belerang untuk meningkatkan ketahanan terhadap bahan kimia. Digunakan untuk produk farmasi parenteral dan non-parenteral.
• Gelas soda-kapur biasa tipe III: Jenis gelas yang paling umum dan murah. Digunakan untuk makanan, minuman, kosmetik, dan obat-obatan dosis oral padat.
• Kaca kuning: Kaca soda-kapur berwarna yang melindungi isinya dari sinar UV. Digunakan untuk produk sensitif cahaya seperti bir atau obat-obatan.
• Gelas kristal timbal: Mengandung timbal oksida, digunakan sebagai hiasan untuk botol parfum dan beberapa minuman beralkohol.

Metode dan Prosedur Pengujian

Dalam dunia manufaktur wadah kaca, pengujian dan pengendalian kualitas adalah hal yang terpenting. Standar yang tepat memandu pengujian ini untuk memastikan keamanan dan kinerja.

Pemahaman ASTM C147 dan Metode Pengujian A/B

ASTM C147 menyediakan metode pengujian standar untuk menentukan kekuatan tekanan internal botol kaca, vial, ampul, dan wadah lainnya. Ini melibatkan peningkatan tekanan hidrolik atau pneumatik internal secara bertahap hingga wadah gagal.

Mengenai ASTM, dijelaskan dua metode pengujian – Metode A menerapkan tingkat tekanan yang telah ditentukan sebelumnya sedangkan Metode B meningkatkan tekanan pada laju tetap hingga terjadi ledakan. Tekanan maksimum yang ditahan dicatat sebagai tekanan kegagalan.

• Metode Pengujian A: Dalam pengujian ini, sampel kaca dimasukkan ke dalam larutan asam encer, dan jumlah kaca yang terlarut diukur menggunakan satuan SI, yang menunjukkan ketahanan dan ketahanan bahan terhadap kandungan asam.
• Metode Pengujian B: Ini melibatkan penggunaan larutan buffer untuk mempertahankan pH tertentu, di mana kinerja kaca dievaluasi dalam kondisi yang dikontrol ketat, dengan menyoroti ketahanannya terhadap tekanan kimia.

Tekanan kegagalan yang diukur dibandingkan dengan batas yang ditentukan berdasarkan dimensi wadah, kapasitas, dan penggunaan akhir. Aspek utama yang dievaluasi adalah ketahanan terhadap tekanan dan cara patah untuk memastikan batas keamanan yang memadai.

Faktor-faktor seperti ketebalan kaca, cacat, riwayat termal, dan laju pemuatan berdampak pada hasil. Pengujian ini memverifikasi kemampuan wadah untuk menahan tekanan internal selama pemrosesan, umur simpan, dan transportasi tanpa bahaya fragmentasi.

 Uji Kelarutan 

Uji kelarutan adalah prosedur analitis penting yang dilakukan pada kaca untuk menentukan ketahanan kimia dan ketahanan terhadap pencucian alkali saat bersentuhan dengan air atau larutan berair.

Dalam pengujian ini, sepotong kaca direndam dalam air suling atau asam encer, dan larutan tersebut kemudian dievaluasi untuk menentukan jumlah kaca yang telah larut ke dalam cairan.

Pengujian ini bertujuan untuk memberikan indikasi ketahanan hidrolitik dan stabilitas kimia suatu bahan kaca dalam kondisi ekstrim. Hasilnya berfungsi sebagai pemeriksaan kendali mutu untuk memastikan kepatuhan terhadap spesifikasi dan kesesuaian untuk tujuan farmasi atau aplikasi lain.

Faktor-faktor utama yang mempengaruhi hasil pengujian meliputi komposisi kaca, riwayat termal, kondisi permukaan, dan parameter pengujian seperti suhu, durasi, dan volume air. Batasan yang diperbolehkan bervariasi berdasarkan jenis kaca sesuai monografi farmakope.

Pengujian Ketahanan Guncangan Termal

Pengujian ketahanan guncangan termal menentukan kemampuan material dan komponen untuk menahan perubahan suhu ekstrem yang tiba-tiba tanpa retak, patah, atau mengalami kerusakan fisik.

Dalam metode pengujian ini, benda uji mengalami transisi termal yang cepat seperti perpindahan langsung antara lingkungan panas dan dingin atau perubahan suhu mendadak pada media sekitarnya.

Suhu ekstrem pada umumnya berkisar antara -70°C hingga +150°C.

Aspek utama yang dinilai adalah integritas struktural setelah paparan kejutan termal, tidak adanya retakan/patah, dan pemeliharaan kinerja fungsional. Pengujian ini bertujuan untuk mensimulasikan fluktuasi suhu nyata yang terlihat dalam praktik karena faktor-faktor seperti perubahan cuaca yang cepat, penyalaan/pematian peralatan, atau siklus termal operasional.

Uji Beban Vertikal:

Uji beban vertikal, juga dikenal sebagai uji beban aksial, adalah uji kendali mutu utama yang dilakukan untuk menentukan kekuatan mekanik dan kemampuan wadah kaca untuk menahan gaya vertikal selama penanganan dan penyimpanan.

Dalam pengujian ini, wadah diberi beban tekan yang meningkat secara bertahap yang diterapkan secara vertikal melalui pelat datar hingga terjadi keruntuhan. Tingkat beban yang menyebabkan kegagalan dicatat dibandingkan dengan batas yang ditentukan. Pengujian juga dapat dilakukan pada tingkat beban yang telah ditentukan sebelumnya untuk evaluasi lulus/gagal.

Aspek utama yang dinilai adalah beban maksimum yang dapat ditahan sebelum patah atau tingkat deformasi yang dapat diterima. Pengujian ini mensimulasikan kondisi tegangan yang ditemui dalam praktik dan memverifikasi margin kekuatan yang memadai serta kepatuhan terhadap kode keselamatan.
Faktor-faktor seperti ketebalan kaca, kapasitas, geometri, cacat, dan laju penerapan gaya vertikal mempengaruhi hasil pengujian. Spesifikasi kekuatan minimum bervariasi sesuai jenis wadah dan tujuan penggunaan.

Uji Kekuatan Tekanan Internal

Pengujian kekuatan tekanan internal menentukan kemampuan botol dan toples kaca untuk menahan patah ketika terkena tekanan internal yang diharapkan selama pemrosesan dan umur simpan.

Dalam metode pengujian sesuai ASTM C147, wadah kaca disegel rapat dan diberi tekanan internal secara bertahap baik pada kecepatan tetap (Metode B) atau ditahan pada tingkat tekanan yang telah ditentukan sebelumnya (Metode A) hingga terjadi ledakan. Tingkat tekanan yang menyebabkan kegagalan dicatat.

Aspek utama yang dievaluasi adalah tekanan permukaan bagian dalam maksimum yang dapat ditahan dan cara terjadinya patahan. Tekanan semburan yang diukur dibandingkan dengan batas yang ditentukan berdasarkan dimensi wadah, kapasitas, dan tekanan produk yang diharapkan. Pengujian ini mensimulasikan kondisi tekanan realistis yang dapat diberikan pada makanan kemasan, minuman, kosmetik, dan obat-obatan seiring waktu karena faktor-faktor seperti pelepasan gas, perubahan suhu, dll. Pengujian ini berfungsi sebagai pemeriksaan kontrol kualitas penting sebelum penyegelan dan distribusi wadah. 

Kekuatan tekanan dipengaruhi oleh ketebalan kaca, cacat, komposisi, riwayat termal dan laju pembebanan. Margin keselamatan yang ditingkatkan mencegah bahaya ledakan dan fragmentasi. 

Uji Permeabilitas Uap Air

Uji permeabilitas uap air digunakan untuk mengukur laju dan jumlah uap air yang dapat melewati suatu material dari waktu ke waktu. Ini menunjukkan seberapa bernapas suatu bahan.

Dalam metode pengujian ini, spesimen berbentuk lingkaran dijepit dengan kuat di atas bejana uji terbuka yang berisi bahan pengering atau air. Kapal ditempatkan di atmosfer terkendali dengan kelembapan dan suhu tertentu. Udara diedarkan di atas permukaan benda uji dengan kecepatan tertentu.

Selama durasi yang diukur, massa uap air yang menembus spesimen ke dalam bejana diukur dengan penimbangan berkala. Hal ini memungkinkan penghitungan laju transmisi uap air dan permeabilitas bahan uji.

Parameter utama yang dikontrol meliputi suhu udara, tingkat kelembapan relatif di setiap sisi spesimen, dan laju sirkulasi udara. Hasil permeabilitas dapat bervariasi secara signifikan tergantung pada kondisi pengujian ini.

Pengujian ini dapat diterapkan antara lain dalam mengevaluasi bahan yang digunakan untuk kemasan, pakaian, alas kaki, sarung tangan, dan peralatan pelindung. Hal ini menunjukkan kemampuan bahan untuk memungkinkan keringat dan uap air menghilang melalui bahan tersebut.

Tes Fragmentasi

Uji fragmentasi kaca merupakan uji kendali mutu yang dilakukan pada kaca tempered atau yang diperkuat secara termal untuk mengetahui tingkat tegangan sisa dan keamanan kaca. Dalam pengujian destruktif ini, spesimen kaca temper dipecah dan pecahan kaca yang dihasilkan dianalisis. Aspek kunci yang dinilai adalah jumlah fragmen yang dihitung di area pengujian, distribusi ukuran fragmen, dan pola fragmentasi.

Standar seperti EN 12150-1 menentukan persyaratan jumlah pecahan minimum berdasarkan ketebalan kaca untuk klasifikasi kaca pengaman. Jumlah fragmen yang lebih tinggi menunjukkan tegangan tekan sisa yang lebih besar pada permukaan kaca, sehingga meningkatkan keamanan melalui tingkat fragmentasi yang lebih tinggi.

Pengujian ini memberikan cara yang praktis dan andal untuk memastikan tempering yang tepat, mengukur kompresi permukaan sisa, dan memenuhi kode keselamatan. Namun, hal ini memerlukan pemecahan sampel kaca dan penghitungan pecahan secara manual, yang merupakan hal yang membosankan. Teknik analisis digital yang sedang berkembang mengotomatiskan proses kuantifikasi untuk meningkatkan efisiensi.

Pengujian Khusus Wadah Makanan dan Minuman

Terkait wadah makanan dan minuman, pengujian khusus disesuaikan untuk mengatasi permasalahan khusus pada aplikasi ini. Wadah penyimpanan makanan berbahan kaca harus lulus pengujian ketat untuk memastikan wadah tersebut tidak mencemari makanan atau mengubah rasanya. Ini mungkin termasuk evaluasi sensorik dan pemeriksaan integritas segel.

• Tes Transmisi Spektral:

Pengujian transmisi spektral mengukur jumlah cahaya yang ditransmisikan melalui kaca pada panjang gelombang berbeda di wilayah ultraviolet, cahaya tampak, dan inframerah.

Ini melibatkan penggunaan spektrofotometer untuk mengukur persentase transmisi kaca atau transmitansi dari kisaran 290-450 nm untuk wadah farmasi dan dari 250-1800 nm untuk produk kaca lainnya. 

Aspek utama yang dinilai adalah pengaruh komposisi kaca, ketebalan, cacat dan kelengkungan terhadap transmitansi. Pengujian ini bertujuan untuk memastikan pemblokiran UV yang memadai untuk perlindungan produk, visibilitas yang sesuai, dan kepatuhan terhadap spesifikasi industri.

Teknik Pengujian Tingkat Lanjut

Untuk memastikan keamanan dan kualitas wadah kaca, teknik pengujian tingkat lanjut sangat penting. Teknik-teknik ini membantu Anda menentukan ketahanan dan ketahanan kaca terhadap berbagai tekanan, memastikan kaca lulus uji keamanan kritis.

Ketahanan Hidrolitik Menggunakan Metode Autoclave

Saat Anda menguji ketahanan hidrolitik, metode autoklaf merupakan bagian integral. Metode ini melibatkan pemaparan kaca terhadap uap di bawah tekanan, yang mensimulasikan kondisi penuaan yang dipercepat. Pengujian dapat mengikuti prosedur seperti Metode Uji BA (juga dikenal sebagai metode uji autoklaf A), yang membantu Anda menilai ketahanan kaca saat terkena lingkungan yang agresif dan lembab pada suhu tinggi.

• Uji Autoklaf Hidrolitik: Sampel kaca dijadikan bubuk, kemudian terkena uap dalam autoklaf. Ketahanan kaca dinilai dengan mengukur jumlah alkali yang dilepaskan.

Selain itu, terdapat Metode Uji BW dan Metode Uji PW, yang keduanya memperhitungkan kehilangan berat sampel kaca setelah menjalani proses autoklaf. Data yang diperoleh dari pengujian ini penting bagi Anda sebagai produsen kaca untuk mengukur kinerja wadah kaca dalam kondisi yang meniru penggunaan sebenarnya.

Menganalisis Kegagalan dan Kinerja Di Bawah Stres

Menganalisis mengapa kaca rusak dan mengukur kinerjanya di bawah tekanan adalah tes yang dirancang untuk keuntungan jangka panjang Anda. Pengujian progresif ini membantu Anda menentukan masalah mendasar yang dapat menyebabkan kegagalan produk.

• Analisis Kegagalan: Pendekatan metodis di mana kaca diperiksa pasca kegagalan untuk mengidentifikasi penyebabnya. Teknik seperti analisis rekahan dan inspeksi permukaan digunakan. Data ini sangat berharga dalam mencegah kegagalan di masa depan.
• Uji Daya Tahan: Ini mengevaluasi seberapa baik wadah kaca dapat menahan tekanan mekanis. Kontainer tunduk pada kondisi yang meniru penanganan dan penggunaan di dunia nyata untuk menilai kekuatan dan daya tahannya. Pengujian ini membantu memastikan bahwa wadah kaca lulus pengujian penggunaan sehari-hari tanpa kegagalan.

Pengujian Kemasan Farmasi

Tes Kaca Serbuk

Uji Kaca Serbuk adalah uji kendali mutu yang dilakukan pada wadah kaca yang digunakan untuk kemasan farmasi guna memperkirakan jumlah alkali yang dapat terlepas dari permukaan kaca dalam kondisi ekstrem. Uji ini melibatkan langkah-langkah utama berikut:

• Wadah kaca dihancurkan menjadi bubuk halus untuk meningkatkan luas permukaan yang terkena kondisi pengujian.
• Sampel kaca bubuk dicuci bersih untuk menghilangkan partikel halus yang menempel.
• Sampel kemudian dipanaskan dalam air bersuhu 121°C dalam autoklaf selama 30 menit. Suhu ini mempercepat proses pencucian.
• Larutan tersebut kemudian dititrasi dengan asam sulfat menggunakan indikator metil merah untuk menentukan jumlah alkali yang terlindih.

Pengujian ini memberikan indikasi ketahanan hidrolitik dan ketahanan kimiawi wadah kaca. Batas yang diperbolehkan ditetapkan sesuai spesifikasi farmakope berdasarkan jenis kaca. Jumlah alkali terlindih yang lebih tinggi menunjukkan ketahanan yang lebih buruk dan peningkatan risiko interaksi produk.

Tes Serangan Air

Uji Serangan Air digunakan untuk menentukan apakah wadah kaca tahan alkali dapat digunakan untuk keperluan farmasi, terutama yang diolah dengan sulfur dioksida.

Dalam pengujian ini, seluruh wadah kaca direndam selama 30 menit bersama air dalam autoklaf pada suhu 121°C. Dalam kondisi yang keras ini, alkali dari permukaan kaca larut ke dalam air.

Larutan uji kemudian dititrasi dengan larutan asam standar untuk mengukur jumlah alkali (biasanya ion natrium) yang dilepaskan. Pencucian alkali kemudian dihitung dan dibandingkan dengan batas farmakope yang diijinkan berdasarkan jenis gelas.

Pengujian ini memberikan indikasi berlebihan mengenai ketahanan hidrolitik dan ketahanan kimia wadah kaca. Jumlah kebocoran alkali yang lebih tinggi menunjukkan resistensi alkali yang lebih buruk dan peningkatan risiko interaksi produk antara gelas dan isi farmasi selama masa simpan.

Pengujian Fisik dan Performa

Saat mempertimbangkan keandalan dan keamanan wadah kaca, pengujian fisik dan kinerja merupakan hal yang mendasar. Anda sebaiknya fokus pada seberapa baik wadah dapat menangani tekanan dan memastikan sifat penyegelannya memenuhi standar.

Pemeriksaan Ketahanan Tekanan dan Beban

Menguji kekuatan tekanan internal sangat penting untuk menentukan apakah wadah kaca Anda dapat menahan tekanan yang akan dihadapi, terutama jika wadah tersebut ditujukan untuk minuman berkarbonasi atau isi bertekanan lainnya. Metode pengujian progresif dapat digunakan, dimana tekanan ditingkatkan secara bertahap pada wadah hingga mencapai titik kegagalan. Untuk mendapatkan hasil yang akurat dan berulang, peralatan yang digunakan harus dikalibrasi dengan baik dan dirawat secara teratur.

• Metode Pengujian: Pengujian umum meliputi uji ledakan dan uji tekanan, yang menilai kaca untuk memastikan kaca tersebut cukup kuat untuk menghindari pecah selama penggunaan normal dan mampu menangani perubahan tekanan yang tiba-tiba.
• Ukuran Spesimen: Setiap wadah yang diuji harus merupakan sampel yang mewakili proses produksi Anda untuk memastikan konsistensi.

Mengevaluasi Properti Penyegelan Kontainer

Anda juga harus memeriksa sifat penyegelan wadah Anda untuk memastikan wadah tersebut kedap udara dan anti bocor. Hal ini melibatkan pengujian wadah dengan penutupan yang dimaksudkan dalam kondisi yang mungkin dihadapi selama siklus hidupnya, seperti disimpan di lemari es atau dipanaskan dalam microwave. Mekanisme tutup atau penutupan wadah harus diuji berulang kali untuk memastikan segelnya tetap utuh dan berfungsi.

Integritas penyegelan dan pengujian kebocoran

Integritas penyegelan dan pengujian kebocoran pada wadah kaca sangat penting untuk memastikan penutupan kedap udara dan mencegah kontaminasi mikroba pada produk perawatan kesehatan yang steril. Metode pengujian yang umum mencakup uji peluruhan vakum, emisi gelembung, dan masuknya pewarna. Wadah diisi dengan larutan, disegel, dan diperiksa apakah ada kebocoran yang ditunjukkan dengan hilangnya larutan seiring waktu, gelembung gas, atau masuknya larutan pewarna bagian luar.

Kepatuhan terhadap Peraturan dan Standar

Perbandingan Standar Internasional vs Nasional

Saat Anda menelusuri peraturan, Anda akan menemukan standar internasional dan nasional. Standar internasional seperti yang ditetapkan oleh ASTM (American Society for Testing and Materials) memberikan konsensus mengenai spesifikasi mengenai kualitas material, keselamatan, dan pertimbangan lingkungan. Standar-standar ini berfungsi sebagai tolok ukur di berbagai negara dan membantu menciptakan landasan bersama untuk pengemasan yang aman.

Di sisi lain, standar nasional cenderung mengatasi keterbatasan peraturan tertentu dan masalah keselamatan yang khusus terjadi di suatu negara. Standar-standar ini mungkin lebih ketat atau rinci dalam aspek-aspek tertentu jika dibandingkan dengan standar internasional untuk memastikan kepatuhan terhadap kebijakan dan praktik lokal.

Pertimbangan Keamanan dan Lingkungan

Praktik lingkungan sangat membebani proses kepatuhan. Anda diharuskan memastikan bahwa kemasan kaca Anda mematuhi proses produksi dan pembuangan yang aman bagi lingkungan. Batasan peraturan juga dapat mencakup dampak lingkungan dari bahan yang digunakan dan proses pembuatan wadah kaca. 

Singkatnya, pengujian yang ketat sangat penting untuk memastikan keamanan dan integritas wadah kaca yang digunakan untuk produk makanan dan minuman. Pengujian yang dijelaskan mengevaluasi atribut utama seperti kekuatan, daya tahan, dan kemampuan penyegelan kedap udara yang sangat penting untuk mencegah kerusakan selama produksi, transportasi, dan penggunaan. Dengan mematuhi standar dan melakukan penilaian rutin, produsen dapat yakin bahwa kemasan kaca mereka akan melindungi isi dan berfungsi sebagaimana mestinya. Seiring dengan munculnya desain dan bahan wadah baru, pengujian akan terus memainkan peran penting dalam pengendalian kualitas dan menjaga kepercayaan konsumen terhadap industri kemasan kaca. Mengadaptasi metode pengujian dengan inovasi membantu mendukung pertumbuhan berkelanjutan sambil memprioritaskan keselamatan.